Preparation of Curcumin Spin-coated Polycaprolactone Nanofiber Wound Dresses and Investigation of in vitro Efficacy

Abstract

The high surface area, tunable mechanical properties of nanofibers are beneficial as wound dressings. Nanofiber wound dressings provide an appropriate environment for wound healing while employing protection against infections. Moreover, integration of nanofibers and therapeutics agents can be employed as local treatment and to ensure an independent healing process thereby restrain conditions such as poor vascular perfusion that affect wound healing. Integration of therapeutic agents into nanofibers supports wound healing by providing a convenient environment for inhibition of infections and reducing inflammation. For that reason, the integration of therapeutics agents to nanofibers is advantageous to provide local drug delivery and a promising approach for wound healing. In literature, there are many studies about the integration of therapeutics agents to nanofibers employed with various methods to enhance wound healing. Electrospinning is a common technique for producing nanofiber and allows nanofiber fabrication by blending polymer solutions and drug however blending of drug and polymer solutions limit the demanded drug release for wound healing. It is direly needed to develop an approach for the integration of and therapeutic agents to nanofibers wound dressing whereas drug release is independent of polymer degradation. Therefore, innovative approaches needed to be employed for the integration of nanofibers and therapeutic agents. In this study, the spin coating was employed for the accommodation of, the therapeutics content, curcumin on the nanofibers followed by the investigation of the efficiency of the spin-coating approach for the drug integration on nanofibers to be employed as a wound dressing. The results showed that accommodation of curcumin onto nanofibers was performed successfully by spin-coating and more than 50% of accommodated curcumin was released in 2 hours. Furthermore, drug-loaded nanofibers improved fibroblast cell proliferation for 24h in comparison to pristine nanofiber. In view of all, curcumin deposited nanofibers are considered as profitable for connective tissue regeneration by means of supporting cell proliferation.

Keywords

• Electrospinning
• Nanofibers
• Wound dressing
• Spin coating
• Curcumin

Döndürmeli Kaplama Yöntemi ile Kurkumin Kaplanmış Polikaprolakton Nanolif Yara Örtülerinin Hazırlanması ve in vitro Etkinliğinin İncelenmesi

Öz

Nanolifler; sahip olduğu geniş yüzey alanı, mekanik özelliklerinin ve çaplarının ayarlanabilir olması sebebiyle yara örtüsü olarak önemli avantajlar sağlamaktadır. Nanolif yara örtüleri, yaranın enfeksiyondan korunmasına yardım ederken yara iyileşmesi için de uygun ortamı sağlar. Buna ilaveten, nanoliflerin terapötik ajanlarla birleştirilmesi lokal tedavi ve yara iyileşmesinin sistemik dolaşımdan bağımsız olmasını sağlayarak vücutta olabilecek zayıf vasküler perfüzyon gibi yara iyileşmesini etkileyecek durumların önüne geçer. Nanoliflere eklenen terapötik ajanlar enfeksiyonların önlenmesine ve enflamasyonun azaltılmasına da uygun ortam sağlayarak yara iyileşmesini desteklemektedir. Bu sebeple nanoliflerin terapötik bir ilaç ile birleştirilmesi lokal ilaç taşıyıcı sistemlerin sağlanmasında avantajlı ve yara iyileşmesinde umut vaat eden bir yaklaşımdır. Yara iyileşmesine katkıda bulunmak amacı ile nanoliflere terapötik ajanların farklı yöntemlerle entegre edilmesi konusunda çalışmalar bulunmaktadır. Fakat nanolif üretiminde en yaygın yöntem olan elektoeğirme, ilacın polimer solüsyonları ile karıştırılarak üretilmesine olanak sağlarken ilaç salım profillerinin yara iyileşme sürecini desteklemesini kısıtlamaktadır. Bu yüzden terapötik ajanların nanolifler ile birleştirilmesinde yenilikçi yaklaşımlar geliştirilmesi gereklidir. Nanoliflere ilaç yüklenme stratejisi olarak döndürmeli kaplamanın bu alanda avantaj sağlayacağı düşünülmektedir. Özellikle nanolifleri oluşturan polimerin degradasyonuna bağlı kalmadan ilaç salımı yapabilecek nanolif yara örtüsünün hazırlanmasına ve literatürde yer alan nanolif –terapötik ilaç birleştirilmesine yenilikçi bir yaklaşım getirilmesine ihtiyaç vardır. Bu çalışmada yara örtüsü olarak oldukça etkin olan nanoliflere ilaç entegre edilmesinde yenilikçi bir yöntem olan döndürmeli kaplama kullanılarak ilaç entegrasyonunun verimliği ve yara örtüsünün özellikleri değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlar terapötik ajan olarak seçilen kurkuminin döndürmeli kaplama tekniği ile nanoliflere başarılı bir şekilde entegre edildiğini göstermiş ve kurkumin salım profillerinde, kaplanan ilaç miktarının %50’sinden fazlasının ilk iki saat içerisinde salındığı gözlemlenmiştir. Buna ilaveten yalın nanoliflerle karşılaştırıldığında ilaç yüklü nanoliflerin 24 saat sonunda fibroblast hücre çoğalmasını indüklediği gözlemlenmiştir. Bütün olarak değerlendirildiğinde, kurkumin birikimli nanoliflerin hücre çoğalmasında destekleyici olmasının bağ doku yenilenmesi için de faydalı olabileceği ön görülmektedir.

Anahtar Kelimeler

• Elektroeğirme
• Nanolif
• Yara örtüsü
• Döndürmeli kaplama
• Kurkumin

Kaynakça

1. Albarahmieh, E., Albarahmieh, M., & Alkhalidi, B. A. (2018). Fabrication of Hierarchical Polymeric Thin Films by Spin Coating Toward Production of Amorphous Solid Dispersion for Buccal Drug Delivery System: Preparation, Characterization, and In Vitro Release Investigations. Journal of Pharmaceutical Sciences, 107(12), 3112–3122. https://doi.org/10.1016/j.xphs.2018.08.019
2. Aslıhan Hilal; KARATAŞ, K. (2009). Yara tedavisinde güncel yaklaşımlar: Modern yara örtüleri. Ankara Universitesi Eczacilik Fakultesi Dergisi, 38(3), 211–232. https://doi.org/10.1501/Eczfak_0000000562
3. Chen, S., Liu, B., Carlson, M. A., Gombart, A. F., Reilly, D. A., & Xie, J. (2017). Recent advances in electrospun nanofibers for wound healing. Nanomedicine, 12(11), 1335–1352. https://doi.org/10.2217/nnm-2017-0017
4. Fereydouni, N., Darroudi, M., Movaffagh, J., Shahroodi, A., Butler, A. E., Ganjali, S., & Sahebkar, A. (2018). Curcumin nanofibers for the purpose of wound healing. Journal of Cellular Physiology, jcp.27362. https://doi.org/10.1002/jcp.27362
5. Gao, H. (2019). Brain targeted drug delivery systems. Elsevier.
6. İŞoğlu, İ. A. (2019). Yara Örtü Malzemesi Olarak Elektroeğrilmiş PCL/PHBV Membranların Hazırlanması ve Karakterizasyonu. Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 8(3), 1029–1044. https://doi.org/10.17798/bitlisfen.530767
7. Miguel, S. P., Figueira, D. R., Simões, D., Ribeiro, M. P., Coutinho, P., Ferreira, P., & Correia, I. J. (2018). Electrospun polymeric nanofibres as wound dressings: A review. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 169, 60–71. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2018.05.011
8. Niemczyk-Soczynska, B., Gradys, A., & Sajkiewicz, P. (2020). Hydrophilic Surface Functionalization of Electrospun Nanofibrous Scaffolds in Tissue Engineering. Polymers, 12(11), 2636. https://doi.org/10.3390/polym12112636

9. Oliveira, J. E., Mattoso, L. H. C., Orts, W. J., & Medeiros, E. S. (2013). Structural and Morphological Characterization of Micro and Nanofibers Produced by Electrospinning and Solution Blow Spinning: A Comparative Study. Advances in Materials Science and Engineering, 2013, 1–14. https://doi.org/10.1155/2013/409572
10. Patel, G. C., & Yadav, B. K. (2018). Polymeric nanofibers for controlled drug delivery applications. In Organic Materials as Smart Nanocarriers for Drug Delivery (pp. 147–175). Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-813663-8.00004-X
11. Ranjbar-Mohammadi, M., & Bahrami, S. H. (2016). Electrospun curcumin loaded poly(ε-caprolactone)/gum tragacanth nanofibers for biomedical application. International Journal of Biological Macromolecules, 84, 448–456. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2015.12.024
12. Turanli, Y., & Acartürk, F. (2018). Nanofibers and Applications as Colon Specific Drug Delivery System. Journal of Literature Pharmacy Sciences, 7(1), 11–23. https://doi.org/10.5336/pharmsci.2017-56338
13. Wen, H., Jung, H., & Li, X. (2015). Drug Delivery Approaches in Addressing Clinical Pharmacology-Related Issues: Opportunities and Challenges. The AAPS Journal, 17(6), 1327–1340. https://doi.org/10.1208/s12248-015-9814-9